力学研究中"大数据"的启示、应用与挑战

大数据在全世界发展迅猛, 应用成效显著.大数据独特的思维和方法, 为科学研究与探索提供了全新的范式.力学研究中,高时空分辨率、多参数同步观测与高精度、大规模模拟手段的发展,为力学大数据的发展提供了契机,大数据、机器智能方法的应用正呈现快速上升趋势.本文旨在分析大数据思维方法在力学研究中的应用, 及其启示与挑战.首先从大数据资源、大数据科学及大数据技术3个层面分析了大数据的内涵及研究态势,概括了国内外政府及组织机构的大数据发展规划.而后对比分析了力学思维方法与大数据思维方法的特点,指出两者的本质区别在于数据使用方式的不同而带来的范式差异:大数据采用数据驱动模型替代力学中的偏微分方程组以描述问题,在复杂系统的分析、预测中优势显著.回顾了大数据方法在材料性能预测、材料本构建模、湍流建模、结构健康监测及试验力学等方面的最新研究进展,以及动态数据驱动与数字孪生等大数据驱动的建模模拟新范式.总结了大数据在力学研究中应用的3种方式, 即驱动已有模型改进,挖掘复杂隐含的规律, 以及替代已有的理论方法等. 最后,建议以力学研究为主体和牵引, 大数据与力学双驱动,推动大数据与力学交叉形成理论与方法突破、及学科发展新方向.      

Pyrene分子(小片石墨晶体)的电子传导特性

利用量子理论中基于Green函数的tight-binding方法,对pyrene分子的电子传导和电子流分布进行了理论研究。在考虑到界面耦合和Hopping积分的情况下,得出了电子透射谱和流分布的模拟结果。结果显示透射与电子的能量紧密相关;谱的振荡特征是能级量子化的结果;流分布有着特定的方向,并且在每一个原子点上符合Kirchhoff量子流守恒定律。另外还发现了桥接pyrene分子的正负能开关特性。     

一种规整单壁碳纳米笼的合成与改性及其对水体结晶紫分子的吸附性能

运用催化气相沉积法及继之的纯化处理,获得了具有规整外型、中空及密集阵列的单壁三维结构碳纳米笼(carbon nanocages,CNCs)。尝试将其用于水体阳离子染料结晶紫(crystal violet,CV)的吸附去除,实验条件下其上CV的饱和吸附容量可达542.6 mg·g~(-1)。进一步以十二烷基苯磺酸钠(sodium dodecyl benzene sulfonate,SDBS)对制得的CNCs表面进行亲水性改性,观察到了改性CNCs对CV吸附性能的明显提升,相同条件下其上CV的饱和吸附容量显著提升至748.5 mg·g~(-1)。运用多种表征及测定,探明改性前后CNCs的组成和结构,并尝试与其吸附性能关联,在此基础上探明改性及促进机制,为进一步研发具有实用意义的污水处理技术提供有益参考。     

可接入射频半实物的试验数据转换系统设计与实现

试验环节是产品研制生命周期中的重要环节,但是一直以来都缺乏有效的管理手段,在整个测试阶段都存在大量的人为的、重复性的工作,导致试验效率低下,为改善这一现状,提高试验效率,提出了一种基于PXIe数据采集系统,借助LabVIEW和DIAdem软件的测试系统解决方案：以LabVIEW控制数据高速同步采集,DIAdem调用LabVIEW模块执行算法分析,通过软件集成,实现对测试系统的全面管理,包括数据采集、数据检索、数据分析、报表生成及整个流程的自动化控制。本文以C919飞机电源测试系统为介绍对象,对该套测试系统解决方案进行阐述,实际测试情况表明,在数据吞吐率大于200M/S的情况下,相对传统测试方法,该测试方案在保证测试精度的基础上,极大的提高了试验效率,极大的提高了系统的可扩展性和可维护性。     

Ultrasonic Vibration Suspends Large Pendant Drops

A stationary substrate can suspend only small pendant drops even with excellent wetting ability because of gravity. We report the suspension of large pendant water drops by a copper substrate that vibrates ultrasonically with a frequency of 22 kHz. The mass of the largest pendant drop suspended by the vibrating substrate reaches 1.1 g, which is 9 times that by the same stationary substrate. The pendant drop deforms drasticaJly and quickly at both the beginning and the end of the vibration procedure. As the vibration power increases, the contact area between the drop and substrate expands and the drop height shrinks accordingly. Theoretical analysis indicates that the Bernoulli pressure induced by ultrasonic vibration may contribute strongly to enhancing the suspensibility of pendant drops.     

具有存储功能的衍射图像光刻系统的研制

研制了一种在衍射光变图像器件上进行信息存储的新型数字化激光光刻系统。采用空间光调制器作图形自动输入,双远心投影成像系统在光刻记录面上缩微图形。通过光栅干涉光学头对记录面上的微图形进行干涉调制,使微图形上产生干涉条纹,条纹空间频率范围为500-1200lp／mm。在光刻胶干版上的存储实验表明,在衍射光变图像上的单角度存储信息密度大于3．7Mbit／cm^2。改变干涉条纹取向、条纹间隔和需要存储的图形,光刻系统可实现信息的旋转复用存储。上述光刻系统将会在防伪和衍射光变图像器件制造领域有良好应用。     

Soliton Solutions,Bcklund Transformations and Lax Pair for a(3 + 1)-Dimensional Variable-Coefficient Kadomtsev–Petviashvili Equation in Fluids

Under investigation in this paper is a(3 + 1)-dimensional variable-coefficient Kadomtsev–Petviashvili equation, which describes the propagation of surface and internal water waves. By virtue of the binary Bell polynomials,symbolic computation and auxiliary independent variable, the bilinear forms, soliton solutions, B¨acklund transformations and Lax pair are obtained. Variable coefficients of the equation can affect the solitonic structure, when they are specially chosen, while curved and linear solitons are illustrated. Elastic collisions between/among two and three solitons are discussed, through which the solitons keep their original shapes invariant except for some phase shifts.     

面向航天型号软件缺陷预测的属性选择方法

针对当前航天型号软件模块故障预测中度量属性过多而影响分类模型效率、准确率和数据收集困难的问题,以NASA公布的MDP数据集为基础,设计了基于Logistic回归模型的属性选择算法;通过该算法在6个数据集上的应用选择了对航天型号软件质量影响较大的4个属性,并将其在12个软件中进行验证,说明了该算法的有效性,选择的4个度量属性可为当前航天型号软件的度量提供参考和依据。     

爆轰法合成纳米CeO粉末*2

爆轰合成过程中采用Ce(NO₃)₃·6H₂O制备的可爆药剂,并利用X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对合成的纳米CeO₂粉末进行了检测,研究了起爆方式对于合成产物结晶化度、粒径和形貌的影响。结果表明,采用Ce(NO₃)₃·6H₂O制备的可爆药剂,可以合成立方晶系的球形纳米CeO₂; 提高可爆药剂的爆速,可有效降低纳米CeO₂的粒径,得到球形化更好的纳米粒子。     

基于CPV技术的LED路灯聚光器的研究

以120W大功率LED路灯太阳能电池板为研究对象,通过聚光光伏技术,利用光学透镜(聚光器)提高太阳能电池的光电转换效率。利用聚焦作用增大光照密度,有效地降低了太阳能光照面积,极大地减少了光电材料的使用量,大幅度降低了太阳能电池的成本。通过光学仿真软件TracePro进行仿真,验证了其可行性。